Изпичане в обикновена пещ

Конуси: какво измерват

Преди всичко следвайте ръководството за експлоатация на собствената си пещ. Този наръчник събира какво публикуват производителите на конуси и пещи за обикновените електрически пещи; той не замества инструкциите за Вашия модел и където двете се различават, предимство има ръководството за експлоатация.

Пирометричният конус е малка, тънка пирамида от стандартизиран керамичен прах. Когато получи достатъчно топлина, той омеква и се огъва по повторяем начин. Поставяте конусите в пещта до изделията и отчитате колко са се огънали.

Конусите измерват топлинното въздействие – съчетаното действие на температурата и времето. По думите на Orton, основния производител на конуси в САЩ: „Конусите не измерват само температурата.“ Конус, нагряван бавно, се огъва при по-ниска температура от конус, нагряван бързо, и глазурата се държи по същия начин. Затова Orton дава температурата на всеки конус за определена скорост на нагряване през последните 100 °C (180 °F) от изпичането. Щом конусът започне да се движи, той се огъва в тесен интервал, „обикновено по-малко от 40° F“ (22 °C).

Номера на конусите

Номерата на конусите вървят от 022, най-хладния, до 42. Водещата нула отбелязва по-хладната серия и се чете „нула“: конус 06 („нула шест“) е по-хладен от конус 04, а конус 01 изисква по-малко топлина от конус 1. Orton предупреждава, че е важно двете серии да не се бъркат. Разликата е голяма: конус 06 се огъва при температура с повече от 220 °C (400 °F) по-ниска от тази на конус 6.

Доставчиците в Обединеното кралство, Европа, Австралия и Нова Зеландия често дават температура в °C вместо конус: намерете най-близкия конус в таблицата по-долу и го потвърдете с контролен конус на плочата до изделията. Не следва да се приема, че конусите на Зегер (Seger) и конусите Staffordshire, по-старите европейски серии, имат същите номера като конусите Orton, затова този наръчник използва конуси Orton.

Задържането добавя топлинно въздействие

Задържането (наричано още задръжка) поддържа пещта известно време на една температура. Тъй като конусите измерват топлинното въздействие, задържането при максималната температура може да замести по-висока максимална температура. Orton дава следните приблизителни съответствия:

Orton допълва, че задържане от 1–2 часа „може да е достатъчно, за да деформира конуса със следващия, по-горещ номер“.

Затова задържането никога не е без последствия: ако добавите такова, очаквайте конусите да се огънат повече и съответно понижете максималната температура.

Видове конуси

Orton прави четири вида. Два стоят на плочата и показват какво са получили изделията; два са за механичния изключвател Kiln-Sitter.

Височината е важна: разлика от ¼ инча (6 mm) във височината на голям конус „може да доведе до разлика в огъването от повече от половин конус“. Конусите не се развалят и не стареят, а влажното съхранение не им влияе.

Какво означава „конус 6“ на практика

Таблицата дава за самостоящ конус 6 1222 °C (2232 °F), но само когато последните 100 °C (180 °F) се изминават със скорост 60 °C/h (108 °F/h). При нагряване с 150 °C/h (270 °F/h) същият конус се огъва при 1243 °C (2269 °F). Истинските пещи пак се различават: Digitalfire съобщава, че „повечето пещи достигат конус 6 при 2200°F, а не при 2232°F“. Така че „конус 6“ означава, че изделията са получили топлинното въздействие, което огъва конус 6, каквото и да е показвал термометърът в този момент.

Когато изпичате по температура, поддържайте края на всяко изпичане еднакъв: същата последна скорост на нагряване, същата максимална температура и същото задържане. Тогава глазура, която е успяла веднъж, ще успее отново.

Таблица на конусите

Тези стойности са от таблицата на конусите на Orton (©2001) за самостоящи конуси. Изберете колоната, която отговаря на скоростта, с която Вашата пещ се е нагрявала през последните 100 °C (180 °F). Практическото правило на Orton е колоната 150 °C/h (270 °F/h) за бързо изпичане, колоната 60 °C/h (108 °F/h) за средно и колоната 15 °C/h (27 °F/h) за бавно. За да изчислите скоростта, разделете покачването на температурата на броя часове, за които е станало: пещ, чиято температура се покачва с 500 °C (900 °F) за 3 часа, се нагрява с около 167 °C/h (300 °F/h).

Тире означава стойност, която не е пренесена тук; вижте я в пълната таблица на Orton.

Големите конуси се различават от тези стойности само с няколко градуса: голям конус 6 при 60 °C/h (108 °F/h) е 1220 °C (2228 °F). Малките конуси, които се използват в Kiln-Sitter, са дадени само при 300 °C/h (540 °F/h), затова таблицата посочва за малък конус 6 1255 °C (2291 °F). Това не е температурата, при която Kiln-Sitter изключва пещта. Задачата на конуса в Kiln-Sitter е да съответства на конуса на плочата, а последната дума има конусът на плочата.

Две предупреждения. Брошурата на Orton от 2019 г. дава за конус 06 при бърза скорост 1024 °C (1875 °F), но таблицата и отговорите на често задавани въпроси на Orton дават 1013 °C (1855 °F) – стойността, която използваме тук. А таблицата за големи конуси в края на ръководството за експлоатация на Kiln-Sitter на Dawson съдържа грешки при преписването (конус 5 е по-горещ от конус 6), затова не я използвайте.

Изпичане по температура

Пещ с контролер изпича до температура, която Вие задавате и която се измерва от термодвойка близо до стената. Доставчиците в Обединеното кралство, Европа, Австралия и Нова Зеландия често дават температура на изпичане вместо конус.

Само температурата не казва доколко са изпечени изделията. Глазурите, както и конусите, реагират на топлинното въздействие: една и съща максимална температура дава по-силно изпичане след бавно нагряване или задържане и по-слабо след бързо нагряване. Таблицата на Orton показва колко голяма е разликата: конус 6 се огъва при 1185 °C (2165 °F) при нагряване с 15 °C/h (27 °F/h) и при 1243 °C (2269 °F) при нагряване с 150 °C/h (270 °F/h). Затова температурата на изпичане означава тази температура, достигната с посочената скорост и със задържането, което дава производителят, ако има такова.

Когато рецептата дава конус вместо температура, намерете го в таблицата по-горе, в колоната за скоростта, с която Вашата пещ се нагрява в края на изпичането. Задържането също добавя топлинно въздействие: вижте „Задържането добавя топлинно въздействие“ по-горе.

Термодвойката измерва въздуха близо до стената, а не изделията. Ако изпичанията излизат по-силни или по-слаби, отколкото би трябвало, ръководството за експлоатация на контролера обяснява неговото отместване (корекция), което поправя показанието.

Бисквитно изпичане

Бисквитното изпичане (на британски английски biscuit) е първото, по-ниско изпичане, което превръща сухата глина в твърди, порьозни изделия, готови за глазиране. Обикновено се изпича до конус 06–04, 998–1063 °C (1828–1945 °F) по таблицата на Orton; британските керамици често изпичат до около 1000 °C (1832 °F), близо до конус 06. Бисквитът следва да остане порьозен, „като цяло над 15%“ (Digitalfire), за да попива водата от глазурата. Твърде ниско изпеченият бисквит поема твърде дебел слой глазура, който после се напуква и се събира (отдръпва се на островчета и оголва глината). Недопеченият бисквит освен това „продължава да се свива по време на глазурното изпичане“, което разваля съвместимостта на глазурата с черепа. Подреждането е по-свободно: изделията може да се допират, капаците може да се изпичат върху съдовете си, а купите се поставят ръб в ръб, а не една в друга.

Защо началото е бавно

Водата се разширява повече от хиляда пъти, когато се превръща в пара, затова влажните изделия трябва да се сушат бавно. L&L и Orton съветват, че „под 1500°F (815°C) следва да се внимава особено керамичната маса да се нагрява равномерно“ и че въглеродът трябва да изгори преди около 650 °C (1200 °F). Над 816 °C (1500 °F) пещта може да се нагрява по-бързо.

Кварцовият преход е внезапната промяна в обема на кварца в глината при 573 °C (1063 °F): той се разширява при нагряване и се свива при охлаждане. Програмата Slow Bisque на L&L забавя нагряването през него, между 538 °C (1000 °F) и 593 °C (1100 °F). Digitalfire установява, че това е „ненужно при бисквитни изпичания“, а Ceramics Monthly казва, че има значение главно при охлаждането на плътни изделия. Забавянето струва малко, затова предлагаме да го запазите за дебелите изделия.

Подсушаване: изсушаване в пещта

Подсушаването означава пещта да се държи на ниска температура, с открехнат капак или с включена вентилация, докато и последната влага излезе от изделията. Източниците не са единодушни за температурата:

Нашата отправна точка: нагрявайте бавно до не повече от около 121 °C (250 °F) и задръжте, докато огледало, поднесено към вентилационния отвор, спре да се изпотява. При дебели или влажни изделия задръжте през нощта.

Пробата с огледало: поднесете огледало със стайна температура към вентилационен отвор или към процепа под открехнатия капак. Ако се изпоти, водата още излиза; изчакайте и опитайте отново.

Програми за контролер

Контролерът е електронно устройство, което управлява изпичането по програма: списък от сегменти, всеки със скорост на нагряване (рампа), целева температура и задържане по избор. По-долу са две готови програми от контролерите DynaTrol на L&L и Bartlett и една програма, публикувана от Digitalfire. „Максималната температура“ е собствената температура на контролера за избрания от Вас конус: за конус 04 тя е 1052 °C (1926 °F), а за конус 06 – 993 °C (1819 °F).

Времената на L&L са „за възможно най-бързите празни пещи“; заредена пещ може да изисква до четири пъти повече време, а всяко задържане, което добавите, е допълнително топлинно въздействие, което готовите програми не отчитат. За големи или влажни изделия L&L съветва Slow Bisque с подсушаване от 2–3 часа или повече и предупреждава срещу бързото изпичане, което „може да причини дефекти като иглен бод, пукнатини и непълно изгаряне на органичните вещества“.

Програмата BQ1000 трае около 7 часа и 44 минути. Авторът ѝ смята, че до 278 °C/h (500 °F/h) е допустимо за тънки, сухи изделия, и забавя последната стъпка, за да изравни температурата сред всички заредени изделия.

Конусите на контролера и таблицата на Orton

Контролерите на L&L и Bartlett използват 1052 °C (1926 °F) за конус 04 и 993 °C (1819 °F) за конус 06, малко под стойностите на Orton 1063 °C (1945 °F) и 998 °C (1828 °F); при конус 6 и конус 10 съвпадат. Контролните конуси решават въпроса: ако не съвпадат с контролера, нагласете го чрез корекцията на конуса.

В пещ с ръчно управление

Пещта с ръчно управление следва същия план, но на ръка: сушете бавно с открехнат капак и отворени наблюдателни отвори, превключвайте стъпка по стъпка от Low (ниско) на Medium (средно) и на High (високо) и оставете Kiln-Sitter да приключи изпичането. Публикуваните процедури са в „Пещи с ръчно управление в подробности“ по-долу.

Глазурно изпичане

При глазурното изпичане глазурата се стапя в стъкло върху бисквита. Повечето начинаещи изпичат нискотемпературни глазури при конус 06–04 или глазури за средни температури при конус 5–6. Изпичайте до конуса, посочен на етикетите на глината и глазурата, с комплект от три конуса около този номер. За това какво става в глазурата, докато се стапя, вижте Глазиране от основните принципи.

Подреждане на пещта за глазурно изпичане

• Глазираните изделия не трябва да се допират едно до друго или до стените: оставете около ½ инча (13 mm).
• Не нанасяйте глазура на дъното (неглазирано дъно) или поставете нискотемпературните изделия на триножници – малки подставки с шипове. Каменината и порцеланът не следва да стоят на триножници, които при тези температури се врязват в тях; вместо това използвайте високотемпературна огнеупорна ангоба или кварцов пясък.
• Оставете поне 1 инч (25 mm) между ръбовете на плочите и стената или Kiln-Sitter.

Програми за контролер

Като се има предвид предупреждението на L&L за бързото изпичане, Slow Glaze е по-безопасният избор по подразбиране. Ако добавите задържане от повече от 5–10 минути при максималната температура, L&L казва съответно да намалите целевата температура или корекцията на конуса и отбелязва, че „задържането при високи температури ускорява износването на нагревателите и термодвойката“.

Конус 6: спадане и задържане

Глазурите за средни температури понякога излизат с иглен бод (малки дупчици по повърхността) или мехури, оставени от газа, който излиза на мехурчета от стопилката. Програмата със спадане и задържане (drop-and-hold) изпича до максималната температура, бързо охлажда с около 56 °C (100 °F) и задържа там. По думите на Digitalfire: „Спадането със 100°F и задържането придават на стопилката достатъчен вискозитет, за да се спукат мехурчетата, като все пак позволяват следите им да зараснат.“

Програмата PLC6DS трае около 9 часа и 36 минути. При по-течливи глазури Digitalfire вместо това спада с около 111 °C (200 °F); твърде голямото спадане „крие риск от кристализация по време на задържането“. Максималната ѝ температура от 1204 °C (2200 °F) е под стойността от таблицата за конус 6, 1222 °C (2232 °F); Digitalfire съобщава, че повечето пещи достигат конус 6 при около 1204 °C (2200 °F). Проверете това с комплект от три конуса в собствената си пещ.

Контролирано охлаждане

Контролираното охлаждане означава, че контролерът охлажда пещта със зададена скорост, вместо да я остави да изстива свободно. Програмата C6DHSC на Digitalfire е PLC6DS, последвана от охлаждане с 83 °C/h (150 °F/h) от 1148 °C (2100 °F) до 760 °C (1400 °F), след което пещта се изключва. Тя „подобрява блясъка и качеството на повърхността“ и помага на сините рутилови глазури, но контролираното охлаждане „може да увеличи матовостта“ (една матова глазура стана суха) и може да скъси живота на релетата на пещта. L&L също доставя програма за контролирано охлаждане за конус 6:

Контролерите на Skutt също предлагат подсушаване и възможност за охлаждане в една стъпка.

В пещ с ръчно управление

Пещта с ръчно управление не може да следва точно тези програми, но планът е същият: внимателно в началото, равномерно в средата и наблюдаван край. Програмата на Bracker’s за нискотемпературни глазури е в „Пещи с ръчно управление в подробности“ по-долу; за по-горещи конуси тя добавя „средно по 15–30 минути за всеки номер на конуса“. С пирометър, практика и дневник на изпичане можете приблизително да повторите спадане и задържане или контролирано охлаждане, като намалявате превключвателите на ръка, както предлага Digitalfire.

Пещи с ръчно управление в подробности

Как работят превключвателите

По-старите пещи (според L&L – предимно произведените преди 1975 г.) имат превключватели с четири положения: Off (изключено), Low (ниско), Medium (средно) и High (високо), без нищо между тях. По-новите пещи използват енергорегулатори, означени при пещите на L&L с Off, после от 1 до 11, после High. Енергорегулаторът не подава по-малка мощност. Той включва и изключва нагревателите изцяло в повтарящ се цикъл: на Low, казва L&L, те „може да са включени около 7 секунди и изключени 23 секунди в цикъл от 30 секунди“. Колкото по-високо е положението, толкова по-дълго остават включени, а на High са включени през цялото време. Числата не са точни проценти, затова опознайте собствената си пещ с конуси и записи.

Общата процедура на L&L

Процедурата, която L&L предлага за пещ с три превключвателя, Kiln-Sitter и без вентилация:

Програмите на Bracker’s

Bracker’s Good Earth Clays, американски доставчик на глина, публикува следните програми за пещи с ръчно управление без вентилация:

Bracker’s не казва на кой конус на плочата съответства конусът в Kiln-Sitter при бисквита, затова проверете със собствен комплект от три конуса. При долна смукателна вентилация стъпките са същите, но вентилацията работи през цялото изпичане и охлаждане, а капакът остава затворен. Bracker’s предлага и поетапно включване: увеличавайте превключвателите един по един, през около 30 минути.

Кога да затворите капака и да запушите наблюдателните отвори

Нашата отправна точка: затворете капака, когато огледало, поднесено към процепа, вече не се изпотява, а при тъмночервено нажежаване запушете всички наблюдателни отвори освен горния, който остава отворен през цялото изпичане.

Изравняване на горната и долната част

Ако комплектите конуси показват, че долу се изпича по-слабо, отколкото горе, Orton предлага да започнете с долния превключвател на Medium, а останалите на Low, след което първо долният да мине на High. Или оставете горния превключвател изключен, докато останалите стигнат Medium, после го увеличавайте с една стъпка след тях, като го държите на Medium около час, след като другите минат на High. Плътно подредените зони се изпичат по-слабо, а по-тежкото зареждане изисква повече време.

Отправна точка за Вашата пещ

Ако пещта Ви е дошла без инструкции, таблицата по-долу е отправна точка, която съставихме от публикуваните процедури по-горе. Тя не е публикувана програма. Калибрирайте я с контролни конуси и я коригирайте според записите си; удължавайте всеки етап при тежко зареждане или дебели изделия.

Ако Kiln-Sitter сработи, преди конусите на плочата да са легнали, следващия път сложете в Kiln-Sitter конус с един номер по-горещ, както съветва L&L.

Работа с пирометър

Пирометърът е уред, който показва температурата, измерена от термодвойка – температурен датчик, прекаран през стената на пещта. Той показва колко бързо се нагрява пещта, така че да изберете правилната колона на таблицата на конусите. Но той измерва близо до стената, а не при изделията, и показанията му се отклоняват с времето. L&L отбелязва, че термодвойка тип K може да греши с повече от 14 °C (25 °F) след многократни изпичания до конус 6, „разлика, по-голяма от цял конус“, докато самостоящият конус варира с не повече от 2 °C (4 °F). Orton казва, че пирометрите трябва да се калибрират отново от време на време, а конусите са начинът да ги проверите.

Вентилация, наблюдение и безопасност

Вентилация

В началото на изпичането глината и глазурата отделят водна пара и газове, включително въглероден оксид, а глазурите могат да отделят токсични газове и пари и по-късно в изпичането. L&L нарича отвеждането им „от съществено значение“. Без вентилационна система това означава открехнат капак и отворени наблюдателни отвори в началните етапи, както в процедурите по-горе; забавянето на нагряването през това време помага и на въглерода да изгори. В пещ без вентилация Dawson, който е произвел Kiln-Sitter, казва също да се оставя горният наблюдателен отвор отворен през цялото изпичане: вентилирането „ще намали износването на металните части на пещта и ще увеличи живота на тръбния възел“. Долната смукателна вентилация (вентилатор с мотор, монтиран към пещта) променя това. Тя се грижи за вентилирането, затова според Orton капакът и наблюдателните отвори остават затворени през цялото изпичане, освен за проверка на конусите, а L&L казва да се остави вентилацията включена и наблюдателните отвори да се запушат.

За вентилацията на помещението и за детекторите за въглероден оксид вижте Безопасно смесване и вентилация и Не тровете семейството си.

Докато пещта работи

• Гледайте през наблюдателния отвор само със заваръчни очила със степен на затъмняване 3 и IR филтър; слънчевите очила не са достатъчни. Skutt съветва тапите да се завъртат при поставяне, за да не изпаднат.
• Не оставяйте пещта без надзор след очакваното време на изпичане; Kiln-Sitter не е безотказна защита.
• Никога не изпичайте върху нещо горимо или близо до него, като дървен под или килим.
• Спазвайте безопасните разстояния от ръководството за експлоатация. Публикуваните стойности са от 12 инча (30 cm) до 3 фута (91 cm); когато ръководството не казва нищо, 18 инча (46 cm) от стените и 3 фута (91 cm) от всичко горимо е най-безопасният избор.
• Пазете пространството около тежестта на Kiln-Sitter свободно, за да може тя да падне.
• Когато изпичането приключи, изключете превключвателите, а също и предпазителя на веригата.

Охлаждане и изваждане на изделията

Охлаждането е част от изпичането. L&L и Orton съветват: „Оставете пещта да изстине естествено със затворен капак“ и „Никога не пускайте хладен въздух в гореща пещ.“ Твърде ранното отваряне „може да причини пукнатини“, а кварцът в изделията внезапно се свива, когато се охлажда под 573 °C (1063 °F). Без контролер дръжте пещта затворена, „докато температурата не падне доста под червеното нажежаване (900°F / 482°C)“, и поне 8 часа. Никога не охлаждайте принудително пещ, която още свети. Пукнатините с остри ръбове по изпечените изделия са признак на твърде бързо охлаждане.

Кога да отворите пещта и да извадите изделията

Нашето предложение: отваряйте капака едва под около 93 °C (200 °F) и изваждайте изделията под около 52 °C (125 °F) или когато можете спокойно да ги държите с голи ръце. Глазираните изделия, плътни и стъкловидни, изискват повече търпение от бисквита. Без пирометър изчакайте пещта да изстине напълно.

Отчетете контролните конуси веднага щом отворите пещта, преди да е преместено каквото и да е, и запишете какво виждате, докато е прясно в паметта Ви.

След изпичането

Водете записи

Записвайте всяко изпичане: датата, пещта, заредените изделия, програмата или времената на превключване, показанието на таймера и как се е огънал всеки контролен конус и конусът в Kiln-Sitter, плоча по плоча. Пазете и изпечените конуси. Orton отбелязва, че „сравняването на резултатите от последните 6 до 10 изпичания ще покаже постепенните промени в пещта, като например стареенето на нагревателите“. Дневниците на изпичане в Glazecalc могат да съхраняват тези записи, с колони по Ваш избор като час, температура, конус, рампа и задържане; резултатите от глазурите може да отбелязвате в бележките си.

Плочи и огнеупорна ангоба

Огнеупорната ангоба пази плочите от стичаща се глазура и позволява изпечените съдове да се отделят лесно. Нанасяйте я само върху горната страна на всяка плоча и върху дъното на пещта, „с дебелина около тази на пощенска картичка“. Най-добрата практика според L&L е три тънки слоя, като между слоевете, ако е възможно, се изпича. Много керамици също поставят изделията с течливи глазури върху подложка от бисквит – диск от бисквит, който събира стичащата се глазура. Това е обичайна практика, макар че не открихме съвет от производител на пещи за нея.

Нагреватели

Нагревателите се износват: натрупва се оксиден слой, протича по-малко ток и изпичанията стават по-бавни. Дългите задържания при висока температура износват по-бързо нагревателите и термодвойката. Skutt съветва пробно изпичане при нова или ремонтирана пещ, за да образуват нагревателите защитен оксиден слой. Следвайте инструкциите на производителя за изпитване и смяна на нагревателите.

Пръстени и пръчки

Британската промишленост е използвала и два други показателя за топлинно въздействие. Пръстените Bullers са плоски дискове, които се свиват пропорционално на топлинното въздействие и след изпичането се измерват с калибър. Пръчките Holdcroft, от 1898 г., провисват в средата си върху две опори – идеята зад пръчицата в Kiln-Sitter. Не открихме таблица, която да превръща някое от двете в номера на конуси Orton, затова този наръчник използва конуси Orton; планираме да опишем пръстените и пръчките в следваща версия.

Източници

• Orton: Using Orton Pyrometric Cones (таблица на конусите, ©2001)
• Orton: Cones and Firing, a practical guide to successful firings (©2019)
• Orton: Pyrometric cones FAQ
• Dawson: Kiln-Sitter Operating Manual, модели LT-3 и LT-3K
• L&L Kiln: Manual kiln operation with kiln sitters
• L&L Kiln: Orton firing tips
• L&L Kiln: Pyrometric cones
• L&L Kiln: DynaTrol controller manual
• L&L Kiln: The ceramic process
• Bracker's Good Earth Clays: Firing schedule for manual kilns
• Ceramics Monthly: Bisque Firing 101
• Ceramics Monthly: Tips and Tools: The Kiln Sitter
• Digitalfire: BQ1000 bisque firing schedule
• Digitalfire: PLC6DS cone 6 drop-and-soak schedule
• Digitalfire: C6DHSC cone 6 drop-and-hold slow-cool schedule
• Digitalfire: Bisque
• Glazy: Firing
• Skutt: Ceramic kilns, using the product
• Skutt: KilnMaster operating manual
• Boston University Environmental Health and Safety: Kiln awareness reminder
• Potclays: The difference between stoneware and earthenware
• Wikipedia: Pyrometric cone
• Wikipedia: Pyrometric device